Trung tâm công nghệ sinh học Thành Phố Hồ Chí Minh

Tóm lược: Nhiều hóa chất có giá trị cao sử dụng làm nhiên liệu sinh học và dược phẩm có thể được tạo ra từ vi khuẩn bằng cách chuyển đổi hóa học chúng để tạo ra các sản phẩm mới. Các nhà nghiên cứu đã tìm ra cách để cắt giảm đáng kể chi phí cho các chuyển đổi này.

Các hóa chất có giá trị cao sử dụng làm nhiên liệu sinh học và dược phẩm có thể được tạo ra từ vi khuẩn bằng cách chuyển đổi hóa học chúng để tạo ra các sản phẩm mới. Các nhà nghiên cứu từ Đại học Warwick đã tìm ra cách để cắt giảm đáng kể chi phí cho chuyển đổi này.

Chúng ta sử dụng hóa chất cho hầu hết mọi thứ, từ chất bảo quản thực phẩm đến dược phẩm, mỹ phẩm, và thậm chí cả nhiên liệu sinh học. Nhiều trong số đó là các dẫn xuất hóa dầu, và vì lẽ đó, quá trình tổng hợp của chúng không bền vững. Do đó, cần phải tìm kiếm các phương pháp thay thế để sản xuất hóa chất, ở quy mô công nghiệp, vừa bền vững vừa kinh tế - mở đường cho một tương lai xanh sạch hơn.

Vi khuẩn có thể được xem như là nhà máy sản xuất hóa chất vi mô của tự nhiên và nhiều nhà nghiên cứu đang cố gắng tìm hiểu làm thế nào mạng lưới phản ứng hóa học phức tạp của chúng có thể kết nối lại để chuyển đổi nguồn nguyên liệu rẻ tiền như glucose thành các sản phẩm hóa học hữu ích cho chúng ta. Sử dụng chuyển đổi di truyền để chuyển hướng hoạt động hóa học của vi khuẩn là một bước phát triển thú vị trong lĩnh vực Sinh học tổng hợp.

Thông thường, chuyển đổi di truyền được khởi động bằng cách bổ sung một chất hóa học gọi là chất cảm ứng. Tuy nhiên, các chất cảm ứng rất đắt tiền và thường cần được bổ sung liên tục để tránh việc chuyển đổi ngừng hoạt động, tương tự như "công tắc đèn có lò xo trong đó" khi bạn buông tay thì đèn sẽ tắt. Điều này làm cho phương pháp chuyển đổi trở nên đắt đỏ. Vì lẽ đó việc mở rộng quy mô sang sản xuất công nghiệp là không khả thi về mặt kinh tế.

Trong bài báo, 'Thiết kế một con đường chuyển hóa không thể đảo ngược để kích hoạt khả năng sản xuất hóa chất của vi sinh vật ở quy mô lớn', được xuất bản trên tạp chí Nature Communications, các nhà nghiên cứu từ Trường Kỹ thuật thuộc Đại học Warwick đã tìm ra một cách tiết kiệm hơn để chuyển đổi chế độ sản xuất hóa chất của vi khuẩn.

Được khởi xướng bởi Tiến sĩ Ahmad A. Mannan và Giáo sư Declan G. Bates từ Trung tâm Sinh học Tổng hợp Tích hợp của Warwick tại Trường Kỹ thuật, nghiên cứu lý thuyết mới đã tìm hiểu cách các cảm biến sinh học từ E. coli phản ứng với các chất dinh dưỡng tự nhiên rẻ tiền như axit oleic có thể được khai thác để tạo ra nhiều chuyển đổi. Bằng cách sử dụng các mô hình toán học và nguyên tắc kỹ thuật của các chu kỳ điều khiển phản ứng, thường được sử dụng trong các hệ thống điều khiển máy bay, họ đã khám phá ra cách thiết kế một phép chuyển đổi di truyền ở vi khuẩn loại bỏ " tín hiệu" hoàn nguyên, vì vậy chỉ cần thêm một cảm ứng chất dinh dưỡng tự nhiên rẻ tiền là có thể chuyển tế bào sang chế độ sản xuất hóa chất vĩnh viễn - giảm chi phí đáng kể.

Tiến sĩ Ahmad Mannan, từ Trung tâm Sinh học Tổng hợp Tích hợp của Warwick tại Trường Kỹ thuật, nhận xét: "Khả năng chuyển vi khuẩn sang chế độ sản xuất hóa chất vĩnh viễn là một bước tiến lớn để hiện thực hóa quy mô sản xuất hóa chất từ ​​vi sinh có hiệu quả kinh tế. Việc chuyển đổi có thể áp dụng rộng rãi cho nhiều vi khuẩn có liên quan đến công nghiệp để tổng hợp hầu hết mọi hóa chất - một thành phần đa năng trong bộ công cụ Sinh học tổng hợp. Các bước tiếp theo của nghiên cứu là khám phá các nguyên tắc để hiểu vị trí nào trong tiến trình hóa học áp dụng " tín hiệu đèn giao thông "và hướng tới sản xuất công nghiệp tại vị trí có thể dễ dàng được tích hợp vào các quy trình lên men biểu hiện."

Giáo sư Declan Bates, từ Trung tâm Sinh học Tổng hợp Tích hợp của Warwick tại Trường Kỹ thuật cho biết thêm: "Sử dụng các kỹ thuật sinh học tổng hợp tiên tiến, nghiên cứu của chúng tôi đã đưa ra cách xây dựng chuyển đổi không đảo ngược được đề xuất trong phòng thí nghiệm. Nghiên cứu không chỉ có thể thay đổi cách ngành công nghiệp hóa chất tạo ra các sản phẩm có giá trị cao, mà nó cũng góp phần vào tầm nhìn mới về cách con người có thể thoát khỏi sự phụ thuộc vào các nguồn tài nguyên không thể tái tạo, cho phép tổng hợp bền vững các chất hóa sinh, vì một tương lai xanh hơn, sạch hơn. "

Nguồn: https://www.sciencedaily.com/releases/2021/06/210608154444.htm.